Virkningerne af temperaturinversioner i atmosfæren spænder fra mild til ekstrem. Inversionsforhold kan forårsage interessante vejrmønstre som tåge eller frysende regn eller kan resultere i dødbringende koncentrationer af smog.
Atmosfærens største temperaturinversionslag stabiliserer Jordens troposfære.
Hvad er en temperaturinversion?
Normalt falder atmosfærisk temperatur, når højden stiger. Energi fra solen varmer jordens overflade, og den varme overføres til atmosfæren i kontakt med jorden. Varmenergien bevæger sig opad i luftsøjlen, men spreder sig, når højden øges, og atmosfæren tyndes.
Meteorologer, som er forskere, der studerer vejr, definerer inversion som "et lag af atmosfæren i hvilken lufttemperatur stiger med højden. "Dette gælder, hvad enten det er på overfladen eller hævet over overflade.
Inversionsdefinitionen forklarer også, at når bunden af inversionslaget ligger på overfladen kaldes inversionen en overfladebaseret temperaturinversion. Når bunden af inversionslaget er over overfladen, kaldes inversionslaget en inversion med forhøjet temperatur.
Konvektion celle cirkulation
På klare rolige morgener opvarmes solens energi gradvist overfladen. Den opvarmede overflade varmer luften i direkte kontakt. Den varmere, mindre tætte luft stiger, og tættere kold luft synker ned på sin plads. Den koldere luft varmes op og stiger med køligere luft, der synker ned til jorden for at blive opvarmet igen. Når solen stiger, udvikler det cykliske stigende og faldende luftmønster kaldet konvektionsceller.
Da jordtemperaturen fortsætter med at stige, stiger konvektionscellerne højere og kan nå 5.000 fod eller mere ved tidlig eftermiddag. Sen om morgenen kan luftens bevægelse i konvektionsceller forårsage cumulus skyer at danne og lette vindstød med variabel hastighed og retning at blæse.
Senere på dagen, når solens energi aftager og overfladen køler ned, bliver konvektionscellerne mindre. Vanddråberne, der danner skyerne, fordamper, og brisen aftager gradvist.
I løbet af dagen er lufttemperaturen højest ved overfladen og falder med højden. En overfladebaseret temperaturinversion kan dog udvikle sig, når solen går ned, især hvis luften er rolig, himlen er klar og natten er lang.
Natlige inversionslag
Når solen går ned, afkøles overfladen. Luften i kontakt med overfladen afkøles også. Luft overfører ikke let varme, og den varmere luft overopvarmer ikke den koldere luft under. Uden vind til at røre luften forbliver den koldere luft på overfladen.
Uden skyer undgår overfladevarmen hurtigere. Jo længere natten, jo koldere bliver overfladen. Hvis overfladetemperaturen falder under dugpunktet (den temperatur, som luft skal afkøles for at nå mætning), kan der dannes jordtåge.
Når overfladeluften køler af og luften over forbliver varmere, dannes den overfladebaserede temperaturinversion. Jo større temperaturforskellen er, desto stærkere er inversionen. Stærkere overfladeinversioner om vinteren, fordi nætterne er længere. Hvis vejrforholdene forbliver de samme, nedbrydes den overfladebaserede temperaturinversion, når solen kommer op og varmer overfladen igen.
Højtrykssystemer og inversionsvejr
Hvis et højtrykssystem imidlertid bevæger sig ind, kan inversionen forblive på plads i flere dage (og nætter). Når laget af koldere luft bliver tykkere, bliver inversionen et forhøjet inversionslag. Luften fanget under inversionen inkluderer fugt, røg og forurenende stoffer, der frigives i luftmassen. Luftkvaliteten under et inversionslag forringes, når forurenende stoffer akkumuleres.
Da røg og kemikalier blandes med vanddamp, dannes der smog. Tågen fra smog reducerer solens energi, og jorden vinder ikke så meget energi. Overfladen og luftmassen mellem overfladen og inversionslaget forbliver kold og kan blive endnu koldere.
En ond cirkel kan udvikles, når folk bruger mere varme, hvad enten det er fra pejse eller kraftværker, der brænder fossilt brændsel, frigive mere røg og kemikalier i den fangede kolde luftmasse og øge smog-tågen, der reducerer solens energi. Alvorlige smoghændelser i 1948 i Donora, Pennsylvania, (USA) og i 1952 i London, England, var resultatet af forhøjede temperaturinversionslag.
Inversionslag og iskold regn
Når det inversionslag med forhøjet temperatur er over frysetemperatur, og den underliggende kolde lufttemperatur er ved eller under frysetemperaturen, opstår der frysende regn.
Regn falder som en væske gennem den relativt varmere luftmasse af inversionslaget. Når den flydende regn kommer ind i den koldere luftmasse under inversionslaget, fryser regndråberne for at danne frysende regn.
Topografi og inversionslag
Topografi spiller en vigtig rolle i at udvikle og holde inversionslag på plads. Kold luft fra højere højde synker og puljer i dale og lave områder såsom kyststrækninger.
Den kolde luft nedkøler overfladen og adskiller overfladen fra den varmere luft. Omgivende højderygge og bakker beskytter dale mod vind, som kan blande luftmasserne og forstyrre inversionsmønsteret.
Jordens største temperaturinversion
Vejrmønstre forekommer i det nederste lag af atmosfæren, troposfæren. Over troposfæren ligger stratosfæren. I stratosfæren reagerer Solens energi med atmosfæren og danner et globalt ozonlag.
Dette ozonlag absorberer noget af solens energi, hvilket resulterer i et globalt forhøjet inversionslag over troposfæren. Dette inversionslag hjælper med at holde Jordens overflade varme i troposfæren.